- •Екатеринбург
- •Министерство образования российской федерации
- •Екатеринбург
- •Введение предмет электрометаллургии цветных металлов
- •1. Электродвижущие силы и электродные потенциалы
- •1.2. Теории строения двойного электрического слоя
- •1.3. Электрокапиллярные явления
- •1.4. Химические источники электрической энергии или гальванические элементы
- •1.6. Вывод уравнения равновесного электродного потенциала
- •1.5. Термодинамика гальванического элемента
- •Величина скачка потенциалов
- •1.7. Классификация электродов
- •1.8. Электроды сравнения
- •1.9. Стандартный, условный стандартный и равновесный потенциалы
- •1.10. Ряд напряжений металлов
- •1.11.Примеры решения задач и контрольные задания
- •Термодинамические характеристики веществ, ккал/моль
- •Индивидуальные контрольные задания
- •1.11.2.Определение термодинамических характеристик веществ по температурной зависимости эдс
- •Индивидуальные контрольные задания
- •Индивидуальные контрольные задания
- •1.11.4. Расчет величин равновесных потенциалов в водных растворах
- •Индивидуальные контрольные задания
- •1.11.5. Нахождение неизвестных окислительно-восстановительных потенциалов по правилу Лютера
- •Индивидуальные контрольные задания
- •1.11.6. Расчет равновесных концентраций ионов разной валентности
- •Индивидуальные контрольные задания
- •1.12.Контрольные вопросы
- •2. Кинетика электродных процессов
- •2.1.Поляризация электродов. Основные виды поляризации
- •2.2. Электрохимическая поляризация
- •Показатели разряда ионов водорода на различных металлах
- •2.3. Концентрационная поляризация
- •2.4. Полярографический анализ. Ток и потенциал полуволны
- •2.5. Перенапряжение химической реакции
- •2.6. Фазовая поляризация
- •2.7. Примеры решения задач и задания
- •2.7.1.Определение величины электрохимической поляризации
- •Индивидуальные контрольные задания
- •2.7.2. Определение тока обмена и коэффициента переноса
- •Индивидуальные контрольные задания
- •Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
- •2.7.3.Определение предельного тока разряда ионов по характеристикам диффузии и миграции ионов
- •Индивидуальные контрольные задания
- •Группа 1 п ш
- •2.7.4. Определение величины концентрационной поляризации
- •Индивидуальные контрольные задания
- •2.8. Контрольные вопросы
- •3.1. Сущность электролиза. Катодные и анодные процессы. Основные законы электролиза
- •3.2.Характеристики электролиза
- •3.3. Катодные процессы
- •3.4. Совместный разряд ионов
- •3.5. Анодные процессы
- •3.6. Примеры решения задач и задания
- •3.6.1. Совместный разряд ионов металла и водорода
- •Индивидуальные контрольные задания
- •3.7. Контрольные вопросы
- •4. Основы гидроэлектрометаллургии цветных металлов
- •4.1. Основы электрорафинирования меди
- •4.2. Электролитическое рафинирование серебра
- •4.3. Электролитическое рафинирование золота
- •4.4. Электрорафинирование свинца
- •Расход электроэнергии - 120-200 кВтч/т.
- •4.5. Электрорафинирование висмута
- •4.6. Электрорафинирование олова
- •4.7. Электрометаллургия никеля
- •Условия и результаты электрорафинирования никеля
- •5.8. Основы электрометаллургии кобальта
- •4.9. Основы гидроэлектрометаллургии цинка
- •Баланс напряжения цинковых электролизеров
- •4.10. Контрольные вопросы
- •6. Химические источники электрической энергии
- •6.1. Важнейшие характеристики хиээ
- •6.2. Основные типы хиээ
- •6.3. Топливные элементы
- •6.4. Аккумуляторы
- •6.5. Саморазряд и сохранность хиээ
- •6.6. Контрольные вопросы
- •Оглавление
- •Основные законы электролиза 45
1.11.6. Расчет равновесных концентраций ионов разной валентности
В равновесии с металлом в водных растворах и расплавленных солях, как правило, находятся ионы разной валентности. Концентрации этих ионов рассчитываются по величине равновесного потенциала металлического электрода и значениям окислительно-восстановительных потенциалов
Пример
Рассчитать равновесную концентрацию ионов одновалентной меди, если концентрация ионов двухвалентной меди равна 1 моль/л, а значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов равны:
EоCu2+/Cu = 0,337 В, EоCu2+/Cu+=0,153 В.
Решение
По уравнению Нернста рассчитываем значение равновесного потенциала медного электрода по величинам EоCu2+/Cu и известной концентрации ионов двухвалентной меди:
Е = EоCu2+/Cu+[RT/(2F)]lnCСu2+ = 0,337+[8,314298/(296484)]lnl = 0,337В. Рассматривая этот потенциал как окислительно-восстановительный для системы Cu2+/Cu+, можно записать
ECu2+/Cu+ = EоCu2+/Cu+ + [RT/F]InCCu2+/СCu+.
Подставив в это уравнение известные величины, получаем выражение для расчета концентрации ионов одновалентной меди:
0,337 = 0,153 + [(8,314 298)/96484]lnl/СCu+.
Решив его, получаем СCu+= 7,7310-4 моль/л.
Индивидуальные контрольные задания
По величинам стандартных окислительно-восстановительных потенциалов контрольного задания 1.11.5 рассчитать равновесную концентрацию ионов низшей валентности при известной концентрации ионов высшей валентности, моль/л:
Группа 1 - 2 (вар.1-10), 3 (вар.11-20), 4 (вар.21-30);
Группа П -0,1 (вар.1-10), 0,2 (вар.11-20), 0,3 (вар.21-30);
Группа Ш - 0,01 (вар.1-10), 0,02 (вар.11-20), 0,03 (вар.21-30).
1.12.Контрольные вопросы
1. Предмет электрометаллургии.
2. Предмет электрохимии.
3. Важнейшие области применения электрометаллургии цветных металлов.
4. Причины возникновения скачка потенциала и двойного слоя на границе раздела «электрод-электролит».
5. Чем определяется знак заряда поверхности металла в двойном электрическом слое?
6. Строение двойного слоя по Кольраушу-Гельмгольцу.
7. Строение двойного слоя по Гуи-Чапмену.
8. Строение двойного электрического слоя по Штерну.
9. Сущность явления электроосмоса. Что оно подтверждает?
10.Сущность явления электрофореза. Что оно подтверждает?
11.Что представляет собой электрокапиллярная кривая и что она подтверждает?
12. Смысл понятия "Потенциал нулевого заряда".
13. Что представляет собой гальванический элемент?
14. Пример записи гальванического элемента.
15. Примеры простого и сложного гальванического элементов.
16. Пример обратимого гальванического элемента.
17. Пример необратимого гальванического элемента.
18. Принципы расчета ЭДС гальванического элемента по термодинамическим характеристикам веществ, участвующих в токообразующей реакции.
19. Принцип расчета температурной зависимости ЭДС по термодинамическим характеристикам веществ, участвующих в реакции.
20. Принцип расчета термодинамических характеристик веществ по результатам измерения ЭДС.
21. Общий вид уравнения Нернста.
22. Электроды первого рода (пример). На какие ионы они реагируют?
23. Электроды второго рода(пример). На какие ионы они реагируют?
24. Электроды третьего рода(пример). На какие ионы они реагируют?
25.Окислительно-восстановительные электроды. Что они из себя представляют и на какие ионы реагируют?
26. Правило Лютера.
27. Что представляет собой водородный электрод сравнения?
28. Дать определение стандартного потенциала.
29. Взаимосвязь "стандартного" и "условного стандартного" потенциалов.
30. Для чего нужен ряд напряжений металлов?
